热能高效利用吸收式热泵最新技术及其应用

    热能是人类能源利用中最主要也是最重要的能源，提高热能利用率意义特别重大。目前世界上，经过热能形式而被利用的能量平均超过85%，在中国则占90%以上。根据热力学原理，提高热能利用率的关键在于有效利用热能传递过程中的温差，换句话说，温差是热能利用的根本，将传热温差高效、简单地利用起来是提高热能（包括低温热能）利用率的关键。

      吸收式热泵是依据溶液的性质和以温差为驱动力来实现温差利用的共性技术，可以传热、制冷和制热，实现温差高效利用。它是提高热能利用率、实现温差高效利用、节能减排的关键和核心技术，可能够在热能梯级利用、热电冷联供、企业热能高效利用、海水淡化、常规高效制冷、分布式能源高效传热/供热/供冷系统和太阳能冷热利用等多个领域发挥重要作用。

一、 吸收式热泵技术原理

第一类吸收式热泵：实现高温热能与被加热介质之间的温差利用——采用一定的高品位热能，将一定量的低品位热能（地下、空气及水中蕴藏的能量）或工业生产排放的低温热能（烟气、废水、废气等携带的能量）回收升温后加以利用；第一类吸收式热泵实现低温热能升温，依靠的是高温热温度的降低。

第二类吸收式热泵：实现热资源（一般称之为低温热能）和环境之间的温差利用——依靠一部分低温热能传入低温环境为代价，实现另一部分低温热能升高温度变为可用热。

第三类吸收式热泵：将第一类吸收式热泵和第二类吸收式热泵中的两种温差同时加以利用，实现低温热能的温度提升。

第四类和第五吸收式热泵：可针对显热相对较高的冷剂介质，充分利用温度更高的高品位热能和高温冷剂液热能，进一步发挥高温驱动热的作用和提高低温热能利用率。

  

 二、吸收式热泵技术新发展

     中国石油大学（华东）李华玉教授经过30年的潜心研究和实践，已填补热能利用领域多项技术空白，取得全方位、一系列重大技术突破，开启了吸收式热泵技术新时代。

      作为独立发明人，至2018年6月，已授权国家发明专利129项（均有效），待审查发明专利约180项，独立专利权项合计超过10000项。

1．创新和开启第一类吸收式热泵工程应用新时代。

2001-2004年，研发并设计第一类吸收式热泵工程应用，为世界首创。

2．发明小温差有效利用新方法。

实现高温驱动热的深度利用、低温热负荷的深度利用和两种温差的联合高效利用。

3．发明冷剂液显热有效利用技术。

解除了对冷剂介质潜热的硬性要求和限制，为溶液和冷剂介质的研究和选择扫清一大障碍。

4．发明第1-5类吸收式热泵技术，形成多个分系列吸收式热泵技术群。

5．创建温差利用型压缩-吸收式热泵核心技术群。

五大系列制热技术、制冷技术、热动联供技术和冷动联供技术，热动联合制热技术和制冷技术，超越传统热泵技术理念。

    三、新技术电厂应用

1、供热首站

(1)在供热首站通过全热泵流程（节能流程）供热，溴化锂溶液为工作介质时，第1-5类吸收式热泵流程的供热温度可达160℃；

(2)在余热条件较好，供暖温度要求不高的条件下，一类热泵COP可达2.4以上；

(3)在同样满足一次管网高温要求(如110℃、120℃等)的情况下，可比现有技术节能增加30%以上；

(4)冬季供暖时，可实现随供暖温度调整，机组COP连续型调节。

(5)针对不同工况，有相对应的一种或多种技术方案，实现热能利用合理化和效率最大化。

2、大温差供热二级站

(1)不改变现有一次网，可增加二次网供热范围35%～82%；

(2)对于新铺设管网，可缩小管网管径，减少投资和铺设费用；

(3)便于热电厂最大限度的回收乏汽凝结热，降低供热成本；

(4)可替代原有燃煤供热锅炉房，经济、社会和环境效益非常好。

二级站配置热水驱动型大温差机组，一次网供水温度相同、二次网供回水温度为55℃/45℃的条件下，新型吸收式热泵换热机组与现有吸收式热泵换热机组的多工况对比如下表所示：

表1-1新型热泵与现有热泵机组对比表名称一次网供水温度(℃)二次网回水温度(℃)新型热泵现有热泵数值1201126110233010029343、凝结水和锅炉补水加热

(1) 可回收电厂凝汽器余热或辅机冷却热加热凝水、锅炉补水，减少电厂热损失，提高电厂热效率。

(2)系统规模小，投资成本低；

(3)可实现全年运行，节能效益好；

(4)系统管理维护方便，对发电机组影响小。

4、锅炉排烟“脱白”

(1)回收烟气余热，提高燃煤效率，可进行凝结水、锅炉补水、供暖回水加热，效益良好；

(2)回收排烟中的水分，处理再利用后，年节水潜力巨大；

(3)降低排烟湿度，消除或减轻视觉污染，减少雾霾污染。

5．应用举例——大规模供热系统温差高效利用。

某热力发电厂冬季供暖，常规参数为：汽轮机中间抽取0.7Mpa、170℃蒸汽作热源，一级管网供/回水温度为135℃/65℃，二级管网供/回水温度为75℃/60℃。

采用全路吸收式回热循环热电联供技术，将两个传热环节的温差加以充分利用，一级管网供/回水温度可调整为122℃/52℃；最大供热工况时COP达到1.415，余热利用率达到30%；整个采暖季节的综合余热利用率达35%。

    四、吸收式新技术的经济与社会效益

1、经济规模

吸收式热泵技术群节能潜力及经济意义的量化估算——①热电联供领域市场规模达1500亿；②热力发电厂市场规模达1200亿元人民币；③工业余热用吸收式热泵市场规模达1100亿；吸收式技术的新突破之后应在2000亿以上。④海水淡化和常规制冷需求。

※综合来看，吸收式热泵技术带来的市场规模在5000亿元人民币以上，带动相关产业规模在10000亿元人民币以上；吸收式热泵新技术的全面应用，在我国估计可获得2亿吨标煤/年以上的节能效益。

2、产业效益

⑴ 在传统制冷领域，吸收式机组是高技术、高收益的设备，相关企业发展良好。

⑵ 利用吸收式热泵技术的节能工程，节能效果好，节能经济性高；吸收式热泵属关键核心设备，利润有保证。

3、社会效益

吸收式新技术属于低碳技术，符合可持续发展需求，具有很好的节能、节水、减排温室气体等效果。

来源：热电行业